微滤去除悬浮物和天然有机物的试验研究

张红要

(广州市净水有限公司，广东 广州 510627)

近年来，膜分离技术不仅越来越多地用于海水的水处理[1]，而且也越来越多地用于地面、地表和废水的处理[2]。和传统的水处理方法相比(如混凝和经典过滤)，膜分离技术越来越流行的原因主要在于通过使用膜分离技术可以实现完美水质[3]。

膜分离技术解决了水中不良物质超标的问题[4]。这些物质的存在，使得水很难成为优质水[5]。这些技术的最大优势在于，它们能够完全去除氯无法消除的病原微生物[6]。膜分离技术与水的适当预处理相结合的方法也非常有效，可去除一些天然有机物。

1 膜法的比较

1.1 微 滤

与传统过滤方法相反，当从水中去除的较小颗粒的尺寸为μm时，在使用微滤的过程中，尺寸为104～102nm的颗粒可能会被保留。微滤的压力要求高达2 bars。这一过程被用于去除水中的悬浮物、细菌、藻类和原生动物。最常见的是在饮用水处理中应用微滤。微滤膜组件通常是平板膜组件或带有由聚合物和管状制成的中空纤维膜组件。微滤可以通过两种方式进行，即死端过滤(DEF)和错流过滤(CFF)。但目前，另一种更为普遍的过滤方法也越来越流行——死端过滤和错流过滤相融合的方法(交叉流过滤)，如图1所示。

图1 交叉流过滤方法

1.2 超 滤

通常使用超滤来分离大分子。因此，直径约为0.002 μm的颗粒和直径约为100 nm的更大颗粒也可以进行分离。膜前和膜后所需的压差仅略高于微滤时的压差。超滤的膜组件类似于微滤。

1.3 纳 滤

低分子量的有机物通常使用纳滤进行分离。分离物质的大小以分子量为单位。膜前和膜后所需的压差高于超滤时的压差。纳滤的膜组件仅使用螺旋缠绕膜组件，中空纤维膜组件很少。但它们所用的材料总是相同的，即聚合物材料。

腐殖酸物质存在于几乎所有的天然水体中，通常为有机污染的主要成分。

腐殖物质对水质及其处理的负面影响可概括为：增加水的颜色强度；增加水的酸度；影响金属络合物的形成，增加水中的重金属含量；影响水氯化过程中产物的形成；降低已凝固的低分子量黄腐酸的可去除性；增加水处理过程中凝固剂和消毒剂的消耗。

水中有机卤素化合物的重要前体主要是黄腐酸和腐殖酸。实验证实，与腐殖酸相比，黄腐酸在有机氯化合物中的含量增加了约60%。为了防止氯代烃的形成，有必要降低水中腐殖物质的含量或改变消毒方法。

在实践中，天然有机物是造成水中棕黄色的主要因素。因此，颜色的测量可以用来判断水中天然有机物的含量。

2 材料与方法

本研究进行的实验旨在研究使用不同混凝剂的陶瓷膜微滤法的性能(从地表水中有效去除浊度、颜色、有机物、固体物质、活生物体、残余混凝剂等方面的性能)。

该试验使用性能为5 m3/h的微滤装置进行了膜过滤试验。混凝和絮凝分两个阶段运行。在第一阶段，混凝剂被投加到静态混合器中，该混合器将混凝剂输送到第二阶段。第二级为管状絮凝器。在膜组件中，放置了一个陶瓷元件，其膜表面积为25 m2，孔径为0.1 μm，由2000根直径为2.5 mm的小管组成。首先，在5 bars的压力下进行反冲洗。然后在2 bars的压力下进行曝气。利用20 s的时间进行清洗和通风。剩下的被引入废水蓄水池。从试验开始每2 h进行一次膜清洗，试验结束后每4 h进行一次膜清洗。

设备本身在上述时间间隔内自动执行化学清洗。该过程可以是氧化的，也可以是酸性的。硫酸浓缩物用于每天进行一次的酸性化学清洗。使用次氯酸钠进行氧化清洗，实验开始时每天进行一次，试验后期每天进行三次。时间间隔的延长是为了避免跨膜压力的增加，因此没有必要频繁地进行氧化清洗。

3 结果和讨论

进行试验的目的是评估当水比较纯净时，在水处理过程中，在陶瓷膜上使用微滤技术进行初步凝固的可能性。在水比较纯净的季节，较高的活性(生物活性)是该季节水质的典型特征。

图2为使用硫酸铁或聚合氯化铝作为混凝剂进行微滤时的不同性能。水处理测试后的结果表明，处理后的水符合国家标准。图3表明如果不使用凝固剂，堵塞膜孔的速度更快，跨膜压力也随之增加。因此，缩短过滤过程的一般后果是需要更频繁的进行膜清洗。这意味着水处理成本的增加。

图2 不同混凝剂对微滤过程的影响

图3所示为前4 d投加硫酸铁混凝剂和随后8 d 投加聚合氯化铝混凝剂的区别。投加混凝剂硫酸铁后，铁的值在0.47～1.59 mg/L之间，而投加混凝剂聚合氯化铝，铝的值在0.020～0.294 mg/L 之间。在过滤后这些值接近于0 mg/L。

图3 不同混凝剂对铁和铝的过滤效果

图4(a)显示了原本水中的浊度值(范围在2.14～3.89 NTU)以及投加混凝剂硫酸铁进行微滤后的浊度值(范围在0.09～0.16 NTU)。在使用混凝剂聚合氯化铝进行第二次试验的情况下，原本水中的浊度值在2.36～5.16 NTU，投加混凝剂进行微滤后的浊度值在0.08～0.19 NTU(图4(b))。

图4 微滤试验中水的浊度变化情况

图5(a)显示了原本水中的pH值(范围在7.65～8.34)以及投加混凝剂硫酸铁进行微滤后水中的pH值(范围在7.11～7.49)。在使用混凝剂聚合氯化铝进行第二次试验的情况下，原本水和过滤后水中的pH值分别在7.65～7.89和7.22～7.85之间(图5(b))。

图5 微滤试验中水的pH值变化情况

4 结 论

本文中试验的结果证实了陶瓷微滤膜能够很好地处理地表水，并使其成为饮用水。试验中的膜分离技术属于低压膜技术，具有很高的化学耐受性。在加入不同混凝剂进行微滤后，会改善水中的浊度及pH值，且会将水中的铁和铝的含量降低至约0 mg/L。如果不使用混凝剂，可能会在一定程度上增加过滤的成本。但本文试验中选取的水的类型较少，无法验证使用微滤对所有类型的水进行处理的适用性，后续应该对该方法进行更广泛的验证。综上所述，该技术是一种有前景的水处理技术，可通过该技术获得高质量的饮用水。